JPH07181257A - 車載用超音波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車体が上下動を伴っても、車体から送波する
超音波の反射波を的確に検出できること。 【構成】 超音波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ
２、超音波送受波器ＴＲ３から出力ｅ2 のように間歇的
に超音波信号を路面に送波し、その反射波を受波して信
号ｅ3 とし、その受波した信号ｅ3 を増幅し、その増幅
信号をサンプリングホールド用の抵抗Ｒ及びコンデンサ
Ｃに入力し、サンプリングホールドした信号を電圧制御
発振回路ＶＣＯで電圧／周波数変換し、反射波に比例し
た周波数をマイクロコンピュータ１に入力し、一方、前
記受波した反射波の信号を増幅し、ダイオードＤ11及び
コンデンサＣ11からなる受信レベル検出回路１１に入力
され、そこで包絡線検波した後、振幅検出手段に入力
し、その振幅検出手段で検出した振幅の大きさの変化か
ら、反射波を受波するタイミングを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に積載されて、
ナビゲーションシステム、車速検出装置、横滑り防止装
置、ＡＢＳ装置、サスペンション装置、遠心力検出装
置、ヨー角、ヨーレート検出装置等の各種速度情報を使
用する計測装置に関するもので、特に、車輌に積載した
超音波を利用する車載用超音波計測装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波を使用した速度計測装置
としては、実開昭５７−６８５７４号公報に掲載の技術
がある。この公報に掲載の技術は、別体となった送波器
から連続的に超音波を送波し、反射体から反射して得ら
れる受波を連続受信し、送波と受波の差分でドプラー周
波数を検出するものであり、現在では周知の技術となっ
ている。

【０００３】また、この種の超音波を使用した速度計測
装置としては、特開昭５９−２０３９７３号公報に掲載
の技術がある。この公報に掲載の技術は、前記公報の技
術と同様、別体となった送波器と受波器とを有し、特
に、受波器を２台とし、車体の上下振動、ノーズアッ
プ、ノーズダウンによる誤差を軽減するものである。

【０００４】これらの技術では連続的に超音波の送受信
を行なっているため、反射体の特定ができず多重反射波
等のノイズ除去が困難であった。

【０００５】そして、この種の超音波を使用した別の速
度計測装置としては、特開昭５８−３９９７１号公報に
掲載の技術がある。この公報に掲載の技術は、超音波を
パルス状に送波し、特定の反射物体である路面から反射
して受波される時点でパルス幅に対応した受信ゲートを
開き、受信波の所定波長分の時間を計測することで、ド
プラーシフト量を求め、車速を計測するものである。

【０００６】更に、この種の車載用超音波計測装置とし
ては、特開平３−２６９３８８号公報に掲載の技術があ
る。

【０００７】この技術は、送受波器から車輌の前方向或
いは前後方向の路面に所定の俯角度で超音波が放射さ
れ、放射された超音波と路面の突起の反射波の受信信号
から突起までの時間を計測し、また、路面の突起の反射
波の信号レベルと所定の閾値とを比較し、車輌前方の路
面の突起等の有無及びその大きさを検出している。そし
て、反射波が路面から帰来する時間における直線距離と
超音波の放射角度とから車高を検出し、得られたドプラ
ー周波数をもとに車速を検出している。

【０００８】即ち、図９の車載用超音波計測装置の１個
の超音波送受波器ＴＲで送波及び受波する場合の動作原
理図に示すように、超音波を放射して路面に到達するま
での距離をＬ［ｍ］、その高さをＨ［ｍ］、その放射角
度をφ度とすれば、 Ｌ＝Ｈ／ｓｉｎφ ・・・・・・（１） となる。

【０００９】このときの伝搬距離に起因する損失Ｌoos
は、 Ｌoos ＝（拡散損）＋（伝搬損） ＝２０・ｌｏｇ（２・Ｌ）＋２・Ｌ・α ［dB］・・・（２） 但し、α：減衰定数 例えば、α100KHz＝２．１［dB/m］ α200KHz＝８．５［dB/m］で求められる。

【００１０】一方、超音波ビーム幅θ度は狭くした場合
には、送波はエネルギーが集中するため信号成分Ｓが増
加する。また、受波では等方向性雑音に対するＳ／Ｎが
向上する。

【００１１】送受波総合の利得Ｇは、 Ｇ＝（送波利得）×（受波利得） ＝｛１０・ｌｏｇ（γ／θ² ）｝×２ ・・・・・・（３） 但し、γは、ビームが回転対称の場合、γ＝３．４×１
０⁴である。

【００１２】なお、図９の車載用超音波計測装置の動作
原理図で、間歇的に周波数ｆ［Hz］の超音波を路面に放
射して、受波した周波数ｆo ＝ｆ− dｆ［Hz］からその
ドプラー周波数 dｆ［Hz］を算出すると、 dｆ＝２ｆ・（Ｖ／３．６）・ｃｏｓφ／Ｃ ［Hz］・・・・・（４） 但し、Ｖ：車速 ［Km/h］ Ｃ：音速 ［m/s ］となる。

【００１３】特に、前記公報に掲載の技術は、車体の前
後方向に等しい放射角度を有して超音波が放射され、そ
れぞれの反射波の受信信号のドプラー周波数を検出し、
その差のドプラー周波数を求めて、車体の垂直速度成分
が打消された車速を検出している。また、反射波が受信
されるまでの時間を計測することで車高を検出してい
る。

【００１４】このようにして、超音波を用いて車輌の走
行時の前方路面の突起等が検出され、かつ、車高、車速
を検出している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この種の超音波を使用
した路面という特定の反射体に限定して反射波を選択
し、より精度を向上しようとする運動測定用超音波計測
装置は、車輌の積荷・人員状態及び走行状態における車
体の上下振動、加減速時のノーズアップ、ノーズダウン
等での車高変化により、反射波が到来するまでの時間が
変動するものであるから、パルスドップラ方式では反射
波が受信される時点を予め固定して決定しておくと、場
合によっては、時間的なずれによって正しい反射波を受
信できなくなり、誤差が生ずるという問題点があった。

【００１６】そこで、本発明は、超音波送受信器の地上
高が変動しても、的確に目的の反射波を検出できる車載
用超音波計測装置の提供を課題とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる車載用
超音波計測装置は、間歇的な超音波信号を超音波送受波
器から超音波として路面に送波し、その反射波を受波
し、その受波した信号を増幅し、その増幅信号をサンプ
リングホールドし、サンプリングホールドした信号を電
圧／周波数変換して反射波に比例した周波数を得る車載
用超音波計測装置において、前記受波した反射波の信号
を増幅及び包絡線検波した後、その振幅の大きさを検出
する振幅検出手段と、前記振幅検出手段で検出した振幅
の大きさの変化から、反射波を受波するゲートのタイミ
ングを決定するものである。

【００１８】

【作用】この発明においては、間歇的な超音波信号を超
音波送受波器から超音波として路面に送波し、その反射
波を受波し、その受波した反射波の信号を増幅及び包絡
線検波した後、振幅検出手段によってその振幅の大きさ
を検出し、前記振幅検出手段で検出した振幅の大きさの
変化から、反射波を受波するゲートのタイミングを決定
し、反射波を受波し、その受波した信号の周波数に比例
した周波数を検出することで、車輌運動で生じた反射波
に含まれるドップラー周波数を高精度に検出するもので
ある。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例の車載用超音波計測装
置について説明する。

【００２０】〈基本的動作説明〉図１は本発明の実施例
の車載用超音波計測装置の基本動作説明図である。

【００２１】図１において、車輌１００の進行方向に平
行し、進行方向に対して俯角を４５度に設定した超音波
送受波器ＴＲ１は、２００［KHz ］の超音波振動を所定
の超音波ビーム幅で路面に送波し、その反射波を受波す
るものであり、車輌１００の進行方向に対して平行する
速度ベクトルＶ1 を得るものである。具体的には、超音
波送受波器ＴＲ１は車輌１００の前方中央に配設してい
る。超音波送受波器ＴＲ２は、超音波送受波器ＴＲ１と
同一特性を持ち、所定の超音波ビーム幅で超音波を路面
に送波し、その反射波を受波するものであり、図１
（ａ）に示すように、車輌１００の進行方向に対して平
行して配設した超音波送受波器ＴＲ１に対して１２０度
角変位した位置に配設し、路面に対して俯角を４５度に
設定されており、速度ベクトルＶ2 を得るものである。
同様に、超音波送受波器ＴＲ３は、超音波送受波器ＴＲ
１と同一特性を持ち、所定の超音波ビーム幅で超音波を
路面に送波し、その反射波を受波するものであり、車輌
１００の進行方向に対して平行して配設した超音波送受
波器ＴＲ１に対して−１２０度角変位した位置に配設さ
れ、路面に対して俯角を４５度に設定されており、速度
ベクトルＶ3 を得るものである。これら超音波送受波器
ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３
はそれらを合成樹脂製のベース部材Ｂでモールドして一
体化している。そして、図１（ｂ）に示すように、ベー
ス部材Ｂは車輌１００の下面に取付けられている。ま
た、この実施例の超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波
器ＴＲ３の超音波照射高間距離はＬ［ｍ］である。

【００２２】なお、このベース部材Ｂは車輌１００の回
転中心Ｚo 上に取付けた場合には、ヨーレート等の演算
が簡単となる。

【００２３】ここで、車輌１００の進行方向に対して平
行する速度ベクトルＶx 、その垂直方向（横方向）の速
度ベクトルＶy をベクトル合成によって演算すると、例
えば、車輌１００の二次元速度として、進行方向に対し
て平行する速度ベクトルＶx は、 速度ベクトルＶx ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋Ｖ3 ）／２ ・・・・・（５） 車輌１００の横方向速度の速度ベクトルＶy は、 速度ベクトルＶy ＝（Ｖ2 −Ｖ3 ）／√３ ・・・・・（６） 車輌１００のヨーレートωは、 ω＝２（Ｖ2 −Ｖ3 ）／Ｌ ・・・・・（７） となる。

【００２４】同様に、速度ベクトルの積分、微分を行な
うことにより距離、加速度が演算でき、このとき、超音
波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受
波器ＴＲ３は、車輌の走行状態における車体の上下振
動、ノーズアップ、ノーズダウンコーナリングによる車
高変化により、反射波が到来するまでの時間が変動する
ことになる。したがって、各超音波送受波器ＴＲ１、超
音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３毎に受信ゲ
ートを開くタイミングを調整することにより、目的とす
る反射波を的確に捕え、それによってドプラー周波数を
演算し、正確な速度を得る。

【００２５】〈実施例の回路構成〉図２は本発明の実施
例の車載用超音波計測装置の回路構成図である。

【００２６】図２において、内部に８ｃｈのＡ／Ｄコン
バータを有するマイクロコンピュータ１は、内部に演算
制御に必要なＲＡＭ及びＲＯＭ及び演算部等を有してい
る公知のものであり、その内部機能説明は後述する。超
音波送受波器ＴＲ１は２００［KHz ］の超音波振動を所
定の超音波ビーム幅で送波及び受波するものである。ま
た、送受切替回路３は超音波送受波器ＴＲ１から超音波
を出力したり、受波したりする際の切替を行なうもので
ある。また、送受切替回路３は双方向ダイオードＺＤ1
がオンしたとき、コンデンサＣ1 を介して双方向ダイオ
ードＺＤ2 がオンし、超音波送受波器ＴＲから信号が出
力され、双方向ダイオードＺＤ1 がオフのとき、信号が
小さくなるから双方向ダイオードＺＤ2 がオフし、コン
デンサＣ1 とコイルＬ1 の直列共振回路を介して信号が
プリアンプ４に出力される。

【００２７】送受切替回路３の双方向ダイオードＺＤ1
はトランス５の二次側に直列接続されており、そのトラ
ンス５の一次側はスイッチングトランジスタ６によっ
て、電源を供給するように接続されている。スイッチン
グトランジスタ６は１０［MHz］の外部発振周波数出力
を入力する分周回路７の出力による矩形波の２００［KH
z ］を入力し、間歇的に２００［KHz ］の信号でスイッ
チングトランジスタ６を開閉している。

【００２８】したがって、マイクロコンピュータ１が間
歇的な出力Ｐ1 を“１”とすると、分周回路７の出力は
スイッチングトランジスタ６をオン・オフし、トランス
５の二次側には高電圧の２００［KHz ］が発生し、それ
によって、超音波送受波器ＴＲ１は超音波を発生する。

【００２９】送受切替回路３を介して検出された超音波
送受波器ＴＲ１からの信号は、プリアンプ４で増幅さ
れ、車速等の速度変化に対応して出力する超音波周波数
の±５０［KHz ］を通過させるバンドパスフィルタ８を
介して放射した超音波の反射のみを検出し、それを更に
アンプ９で増幅してコンパレータ１０に入力して２値化
する。このコンパレータ１０の入力の一部は、ダイオー
ドＤ11及びコンデンサＣ11からなる受信レベル検出回路
１１に入力され、そこで包絡線検波した後、それをマイ
クロコンピュータ１が内蔵するＡ／Ｄコンバータに入力
している。

【００３０】コンパレータ１０の出力信号は周波数検出
用ＰＬＬ回路１２に入力し、その出力信号としてコンパ
レータ１０の出力に比例した繰返しパルス数を出力す
る。

【００３１】詳しくは、コンパレータ１０の出力は車速
等の速度変化に対応して出力する超音波周波数の±５０
［KHz ］程度の周波数であるから、必要な分解能とする
ために、周波数を逓倍する構成としている。また、コン
パレータ１０の出力は受信ゲートが開いている時間だけ
意味を持つものであるから、その間の時間信号により周
波数に比例した電圧をサンプリングホールドするもので
ある。受信ゲートが閉じており、有効でないときにはＰ
ＬＬ回路としての機能を停止させ、サンプリングホール
ドした電圧を保持する。

【００３２】具体的には、電圧制御発振回路ＶＣＯの出
力を８分の１に分周したパルスとコンパレータ１０の出
力を位相差検出回路ＰＤで比較し、その位相差をローパ
スフィルターＬＰＦを介してアナログスイッチング回路
ＡＳに導き、その出力をサンプリングホールド用の抵抗
Ｒ及びコンデンサＣに入力し、また、電圧制御発振回路
ＶＣＯを介してマイクロコンピュータ１に入力してい
る。電圧制御発振回路ＶＣＯの出力は８分の１に分周す
る分周回路ＤＥＭを介して位相差検出回路ＰＤに入力し
ている。結果的に、電圧制御発振回路ＶＣＯからは８倍
したパルス繰返し周波数がマイクロコンピュータ１に入
力される。

【００３３】外気温度はサーミスタ１５により検出さ
れ、マイクロコンピュータ１の内蔵するＡ／Ｄコンバー
タの端子Ａ3in に入力されている。

【００３４】この種の超音波送受波器ＴＲ１、送受切替
回路３、トランス５、スイッチングトランジスタ６、分
周回路７からなり超音波を送波する送信回路系と、超音
波送受波器ＴＲ１、送受切替回路３、プリアンプ４、バ
ンドパスフィルタ８、アンプ９、コンパレータ１０、受
信レベル検出回路１１、周波数検出用ＰＬＬ回路１２か
らなり超音波を受波する受信回路系とからなり、超音波
送受信回路２０ＴＲを構成している。

【００３５】また、他の超音波送受波器ＴＲ２を用いた
超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受波器ＴＲ３を用
いた超音波送受信回路４０ＴＲについても同様の回路構
成からなっている。なお、具体的回路構成の説明は重複
するので、ここではその説明を省略する。

【００３６】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置の回路構成で使用したマイクロコンピュータ１の機
能構成図である。

【００３７】図３において、クロック発振器１０５によ
って駆動されている主演算制御回路（ＭＣＵ）１０１
は、このマイクロコンピュータ１を駆動制御するプログ
ラムを格納したＰＲＯＭ１０２、及び主演算制御回路１
０１の演算制御に必要なデータを格納するＳＲＡＭ１０
３、タイマ及びカウンタとして計数機能を有するタイマ
・カウンタ１０４、外部アナログ入力となる８ｃｈのＡ
／Ｄコンバータ１０６、外部ディジタル入出力となるパ
ラレルポート１０７、割込み制御を行なう割込みコント
ローラ１０８、車速演算結果をシリアルに出力するシリ
アルコミュニケーションインターフェース１０９等を有
しており、これらはデータ・アドレス・コントロールバ
ス１１０でバス結合されている。

【００３８】〈回路構成の全体基本的動作〉超音波送受
信回路２０ＴＲ及び超音波送受信回路３０ＴＲ及び超音
波送受信回路４０ＴＲは次のように動作する。なお、基
本的動作は超音波送受信回路２０ＴＲと超音波送受信回
路３０ＴＲ及び超音波送受信回路４０ＴＲは同一である
ので、ここでは超音波送受信回路２０ＴＲを中心に説明
するが、当然、超音波送受信回路３０ＴＲ及び超音波送
受信回路４０ＴＲも同様に、独立に制御される。

【００３９】超音波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器Ｔ
Ｒ２、超音波送受波器ＴＲ３からは周波数２００［KHz
］、継続時間１［msec］の間歇超音波を１０［msec］
毎に送信するマイクロコンピュータ１のパラレルポート
１０７の端子Ｐ1 より間歇的出力のためのゲート信号を
出力する。分周回路７の出力によりスイッチングトラン
ジスタ６をオン・オフ制御し、昇圧させた２００［KHz
］の出力によって超音波送受波器ＴＲ１、超音波送受
波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３から超音波を発生さ
せる。このとき、送受切替回路３は送信動作中に受信側
のプリアンプ４の入力に過大信号が加わらないようにし
ている。

【００４０】この際の超音波送受波器ＴＲ１、超音波送
受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３の出力は、同時に
行なう場合と時分割で行なう場合がある。本実施例の場
合は、その開きが１２０度であり、相互干渉の可能性が
低いことから、同時に超音波送受波器ＴＲ１、超音波送
受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３から出力してい
る。

【００４１】また、超音波送受波器ＴＲ１（超音波送受
波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３）が路面からの反射
波を受波すると、プリアンプ４でゲイン８０［dB］程度
の増幅をした後、バンドパスフィルタ８により略２００
±５０［KHz ］の信号のみを取出し、更に、それを増幅
した後、コンパレータ１０によって２値化し、周波数検
出用ＰＬＬ回路１２に入力して、その路面からの反射波
の周波数を検出する。コンパレータ１０の出力は周波数
検出用ＰＬＬ回路１２によって、路面からの特定の反射
波を検出する時間だけサンプリングホールドし、その電
圧を保持することによって、路面からの反射波の特定の
検出周波数を保持する。電圧制御発振回路ＶＣＯの出力
は８分の１に分周してフィードバックさせて位相差検出
回路ＰＤに入力しており、これによって超音波送受波器
ＴＲ１（超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ
３）に入力される反射周波数の８倍の周波数にロックさ
れるようになっている。したがって、マイクロコンピュ
ータ１で電圧制御発振回路ＶＣＯの出力をカウントすれ
ば、放射した超音波周波数及び反射してきた超音波周波
数を基にドプラー周波数を検出できる。なお、本実施例
においては、車速換算で約０．５［Km/h］以上の分解能
が得られる。

【００４２】また、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波
送受信回路４０ＴＲについても同様に動作するが、その
動作説明は重複するので省略する。

【００４３】〈マイクロコンピュータによるメイン制御
動作〉図４及び図５は本発明の実施例の車載用超音波計
測装置のマイクロコンピュータ１が実行するメインプロ
グラムのフローチャートである。また、図６は本発明の
実施例の車載用超音波計測装置のマイクロコンピュータ
１が実行する割込みルーチンのフローチャート、図７は
本発明の実施例の車載用超音波計測装置のマイクロコン
ピュータ１が実行するゲート位置演算制御のフローチャ
ートである。

【００４４】また、図８は本発明の実施例の車載用超音
波計測装置の制御のタイミングチャートである。なお、
基本的動作は超音波送受信回路２０ＴＲと超音波送受信
回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲの動作は同一
であるので、ここでは超音波送受信回路２０ＴＲを中心
に動作説明するが、当然、超音波送受信回路３０ＴＲ、
超音波送受信回路４０ＴＲも同様に制御される。

【００４５】図示しない電源の投入によって、パワーオ
ンリセット回路の働きによって主演算制御回路１０１に
リセットパルスが入力され、このリセットによってＰＲ
ＯＭ１０２に格納されている図４及び図５のメインプロ
グラムの処理を開始する。

【００４６】ステップＳ１で超音波送受信回路２０Ｔ
Ｒ、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０
ＴＲで使用する各種メモリ及びカウンタ、タイマをクリ
ア或いは所定の値に設定し、各出力ポート等を初期設定
するイニシャライズ処理を行なう。特に、受信ゲートス
タート時間ＴG 及びサンプリングスタート時間Ｔs を設
定する。この受信ゲートスタート時間ＴG は、既定値と
して標準状態での車輌１００の取付け高さに対応する超
音波信号の受信時間を設定する。例えば、取付高さを２
８０［mm］とし、超音波の放射角度を４５度、音速Ｃ＝
３４５［m/s ］とした場合、 ＴG ＝２×０．２８／ｓｉｎ４５×１／３４５＋０．３
×１０^-3 ＝２．６［msec］ として設定される。ここで、０．３［msec］が加算され
ているのは、送波パルス幅１［msec］に対して受信ゲー
ト幅０．５［msec］の位置を受波のほぼ中央に設定する
ためである。

【００４７】ステップＳ２で１０［msec］のシーケンス
の終了を判断する１０msecシーケンス終了フラグＦ10及
びサンプリング許可フラグＦs 、メインタイマＴをクリ
アする。ステップＳ３で１００［μsec ］毎に割込みを
行なう１００μsec タイマ割込みを許可し、ステップＳ
４で１０msecシーケンス終了フラグＦ10が降りているか
判断し、１０msecシーケンス終了フラグＦ10が降りるま
で待機し、以降の処理を１０［msec］毎に行なう。１０
msecシーケンス終了フラグＦ10が降りると、ステップＳ
５でスイッチングトランジスタ６をオンとして超音波送
受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波
送受信回路４０ＴＲの送信ゲートを開き、ステップＳ６
でメインタイマＴで１msecの経過を判断し、ステップＳ
７で超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０
ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲの送信ゲートを閉じ
る。これにより、１［msec］の超音波の間歇超音波信号
を出力することになる。即ち、図４に示すように、ステ
ップＳ４からステップＳ７は、送信ゲートの開をマイク
ロコンピュータ１の出力端子Ｐ1 の１０［msec］毎に１
［msec］間の“１”によって行ない、その間、分周回路
７の出力ｅ1 に示す間歇的な超音波信号となり、超音波
送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波
器ＴＲ３の送波は出力ｅ2 のようになる。また、その反
射波は超音波送受波器ＴＲ１または超音波送受波器ＴＲ
２、超音波送受波器ＴＲ３を介して受波され、信号ｅ3
となる。

【００４８】なお、ここまでは、超音波を送波する場
合、超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０
ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲが同時に制御される。
以降は、超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路
３０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲが個々のプログラ
ムで制御されるものであるが、本実施例では、説明が煩
雑になるのを防止するため共通に説明する。

【００４９】ステップＳ８で超音波送受信回路２０ＴＲ
（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０Ｔ
Ｒ）毎に反射波の受波信号を入力する予測されたサンプ
リングスタート時間Ｔs を判断し、サンプリングスター
ト時間Ｔs が到来したときステップＳ９でサンプリング
許可フラグＦs を立て、初期設定した値またはゲート位
置演算処理ルーチンで得た各受信ゲートスタート時間Ｔ
G の到来をステップＳ１０で待つ。各受信ゲートスター
ト時間ＴG が到来したとき、ステップＳ１１で超音波送
受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波
送受信回路４０ＴＲ）毎の各受信ゲートを開とし、ステ
ップＳ１２で０．５［msec］だけ受信ゲートをオンとし
た後、ステップＳ１３で受信ゲートをオフとし、ステッ
プＳ１４の処理に入る。即ち、ステップＳ８からステッ
プＳ１３では、各超音波送受信回路２０ＴＲ（超音波送
受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲ）毎の各
受信ゲートスタート時間ＴG の到来を判断し、各超音波
送受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音
波送受信回路４０ＴＲ）に対応して、反射してくる超音
波を通過させる受信ゲートを開閉するものである。

【００５０】そして、ステップＳ１４で主演算部１０１
が内蔵するカウンタCOUNT1（カウンタCOUNT2，COUNT3）
のゲートを開とし、ステップＳ１５でサンプリングスタ
ート時間Ｔs から３［msec］の経過を判断する。即ち、
サンプリングスタート時間Ｔs は受信ゲートのオン時間
の中心から±１．５［msec］だけ、マイクロコンピュー
タ１の内蔵するＡ／Ｄコンバータの端子Ａoin （Ａ／Ｄ
コンバータの端子Ａ1in ，Ａ2in ）に各超音波送受信回
路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受信
回路４０ＴＲ）毎の信号を入力し、到来する信号のサン
プリングを行なう。各サンプリングスタート時間Ｔs か
ら３［msec］経過したとき、ステップＳ１６でサンプリ
ング許可フラグＦs を降ろす。ステップＳ１７において
メインタイマＴでカウンタのゲートの開の時間が、各超
音波送受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、
超音波送受信回路４０ＴＲ）毎の受信ゲートスタート時
間ＴG から２．５msecの経過を判断して、カウンタの計
数値をステップＳ１８で読込み及びカウンタのゲートを
閉じ、ステップＳ１９で二次元車速の演算等を行なう。

【００５１】各速度Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 の演算は、 Ｖ1 ＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ1 Ｖ2 ＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ2 Ｖ3 ＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ3 但し、ｃｏｕｎｔＸ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 ：カウンタの計数値 Ｋ：大気温度によって決定される係数 として、前記式（５）乃至（７）を用いて二次元速度の
演算を行なう。また、速度ベクトルの積分、微分を行な
うことにより、距離、加速度が演算でき、車輌１００の
横方向速度Ｖy 、車輌１００のヨー角、車輌１００に加
わる遠心力等を算出できる。或いは、それらの軌跡をト
レースすることもできる。当然、車輌１００の重心を通
る中心軸を中心とする回転角速度、即ち、ヨーレートを
演算することもできる。

【００５２】ステップＳ２０でゲート位置演算処理ルー
チンをコールする。そして、ステップＳ２１でサンプリ
ングスタート時間Ｔs に受信ゲートスタート時間ＴG か
ら１．２［msec］だけ先にサンプリング時刻を設定す
る。即ち、ゲート位置演算処理ルーチンは次回の受信ゲ
ートスタート時間ＴG を決定する。そして、ステップＳ
２２で１０msecシーケンス終了フラグＦ10を立て、ステ
ップＳ２３で大気温度を読込み、次の車速演算に使用す
る比例定数のＫの値を決定し、ステップＳ４以降のルー
チンを繰返し、実行する。

【００５３】〈マイクロコンピュータのタイマ割込み動
作〉ステップＳ３１でメインタイマＴに「＋１」インク
リメントし、ステップＳ３２でメインタイマＴによって
１０［msec］毎の割込みのタイミングであるか判断し、
ステップＳ３２で割込みのタイミングであると判断され
たとき、ステップＳ３３及びステップＳ３４で１０［ms
ec］のシーケンスの終了を判断する１０ｍｓｅｃシーケ
ンス終了フラグＦ１０を降ろし、メインタイマＴをクリ
アする。割込みのタイミングでないと判断されたとき、
ステップＳ３３及びステップＳ３４の処理を回避する。

【００５４】また、ステップＳ３５でサンプリング許可
フラグＦs が立っているか判断し、サンプリング許可フ
ラグＦs が立っているとき、ステップＳ３６で受信レベ
ル検出回路１１の出力によりＡ／Ｄ変換をスタートし、
ステップＳ３７でそれをバッファに書込み、このルーチ
ンを脱する。また、ステップＳ３５でサンプリング許可
フラグＦs が立っていないと判断されたとき、このルー
チンを脱する。

【００５５】即ち、このルーチンでは、メインタイマＴ
によって０．１［msec］毎に信号レベル検出回路１１を
介して信号レベルをサンプリングし、その信号レベルを
主演算部１０１が内蔵するバッファに格納するものであ
る。

【００５６】〈マイクロコンピュータによるゲート位置
制御動作〉０．１［msec］毎の割込みによるサンプリン
グによってサンプルされた受信レベルデータは、中央の
サンプルデータの前後に１５サンプル、即ち、計３１個
のサンプルデータが存在する。まず、ステップＳ５１に
おいて全レベルデータの単純平均により平均値Ｘを算出
し、ステップＳ５２で受信レベルデータは中央のサンプ
ルデータのレベル値をサンプル中心データ格納メモリＸ
c に格納する。ステップＳ５３でこれが前後に１５サン
プルのレベル値よりも平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した
値より大きいか判断し、中央のサンプルデータのレベル
値と前後に１５サンプルのレベル値が所定の平均値Ｘに
所定量ｎだけ加算した値より大きいとき、目的とする反
射波が安定した反射波のデータであることを意味するこ
とから、これを採用すべくステップＳ５４の処理に入
る。しかし、中央のサンプルデータのレベル値と前後に
１５サンプルのレベル値が所定の平均値Ｘに所定量ｎだ
け加算した値より大きくないとき、受信波形がランダム
な干渉によって歪んでしまったデータを意味することか
ら、このデータの採用を防止する。ステップＳ５４で前
記全レベルデータの平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した値
を上回るデータ期間を前後に探してその前時間Ｔ1 と後
時間Ｔ2 を求める。ステップＳ５５でＴ2 −Ｔ1 の幅が
１［msec］で、受信レベルデータを得るタイミングを十
分にカバーできているか否か判断する。この判断も受信
波形がランダムな干渉によって歪んでしまったデータを
採用するのを防止するものである。そして、ステップＳ
５６で（Ｔ2 ＋Ｔ1 ）／２を受信ゲートスタート時間Ｔ
G として設定する。ステップＳ５３で中央のサンプルレ
ベル値よりも平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した値より大
きくないとき、また、ステップＳ５５でＴ2 −Ｔ1 の幅
が１［msec］以上でなくて、受信レベルデータを得るタ
イミングを十分にカバーできていないとき、このルーチ
ンを脱する。

【００５７】このように、本実施例の車載用超音波計測
装置は、超音波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ
２、超音波送受波器ＴＲ３から出力ｅ2 のように間歇的
に超音波信号を路面に送波し、その反射波を受波して信
号ｅ3 とし、その受波した信号ｅ3 を増幅し、その増幅
信号をサンプリングホールド用の抵抗Ｒ及びコンデンサ
Ｃに入力し、サンプリングホールドした信号を電圧制御
発振回路ＶＣＯで電圧／周波数変換し、反射波に比例し
た周波数をマイクロコンピュータに１に入力している。

【００５８】しかも、前記受波した反射波の信号をプリ
アンプ４、アンプ９等で増幅し、ダイオードＤ11及びコ
ンデンサＣ11からなる受信レベル検出回路１１に入力さ
れ、そこで包絡線検波した後、その振幅の大きさを検出
するマイクロコンピュータ１が内蔵するＡ／Ｄコンバー
タからなる振幅検出手段に入力し、その振幅検出手段で
検出した振幅の大きさの変化から、反射波を受波するタ
イミングを決定するステップＳ５１からステップＳ５６
のルーチンからなるタイミング移動手段を具備するもの
である。

【００５９】特に、本実施例では、反射波の信号を増幅
し、ダイオードＤ11及びコンデンサＣ11からなる受信レ
ベル検出回路１１に入力され、そこで包絡線検波した
後、その振幅の大きさを検出するマイクロコンピュータ
１が内蔵するＡ／Ｄコンバータからなる振幅検出手段
は、受波した反射波の信号を増幅及び受信レベル検出回
路１１で包絡線検波した後、振幅検出手段によって所定
のタイミングでサンプリングして、そのタイミング毎の
振幅の大きさを検出し、振幅検出手段で検出した振幅の
大きさの変化から、反射波を受波するゲートのタイミン
グを決定するものである。

【００６０】即ち、サンプリングによってサンプルされ
た受信レベルデータは、ステップＳ５１で全レベルデー
タの単純平均である平均値Ｘを算出し、ステップＳ５２
で受信レベルデータの中央のサンプルレベル値よりも平
均値Ｘに所定量ｎだけ加算した値より大きいか判断し、
中央のサンプルデータのレベル値と前後に１５サンプル
のレベル値が所定の平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した値
より大きいとき、目的とする反射波が安定した反射波の
データであるとしてそのデータを採用し、また、そうで
ないとき、受信波形がランダムな干渉によって歪んでし
まったデータであるとしてそれを除去する。全レベルデ
ータが平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した値を上回るデー
タ期間を前後に探して、その前時間Ｔ1 と後時間Ｔ2 を
求め、その差Ｔ2 −Ｔ1 の幅が１［msec］で、受信レベ
ルデータを得るタイミングを十分にカバーできているか
否か判断する。この判断も受信波形がランダムな干渉に
よって歪んでしまったデータを採用するのを防止するも
のである。そして、ステップＳ５６で全レベルデータの
中心を（Ｔ2 ＋Ｔ1 ）／２として演算し、次の受信ゲー
トスタート時間ＴG として設定するものである。

【００６１】したがって、車輌の走行状態において、車
体の上下振動、ノーズアップ、ノーズダウンコーナリン
グによる車高変化により、超音波の往復伝搬距離が変化
し、反射波が到来するまでの時間変化に対して、その反
射波を取込むタイミングとなる受信ゲートの開閉タイミ
ングをシフトしている。故に、各超音波送受信回路２０
ＴＲ、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４
０ＴＲ毎の受信ゲートスタート時間ＴG を変更すること
により、車輌の走行状態において、車体の上下振動、ノ
ーズアップ、ノーズダウンコーナリング等による車高変
化が、車速等の速度を検出する場合に誤差が介在するこ
とがなくなるから、車体の上下振動を伴っても、的確に
目的の反射波を検出できる。

【００６２】これによって、超音波送受波器ＴＲ１、超
音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３で検出した
車速ベクトルは、ベクトル合成することによって車輌の
進行方向とその垂直方向の二次元速度成分とすることが
でき、この二次元速度成分によって、車輌の進行方向の
速度及び車輌の進行方向に対する垂直方向の速度を得る
ことができる。また、ヨー角、ヨーレートの演算もでき
る。更に、速度ベクトルの積分、微分を行なうことによ
り、距離、加速度が演算でき、計測装置及び制御装置に
使用できる。

【００６３】即ち、得られた速度成分を使用することに
より、ナビゲーションシステムの移動距離及び移動方向
の補正、車輌速度及び横方向の速度等の速度検出装置、
横滑り防止装置、ヨーレート補正したり左右の車輪の回
転差を補正したＡＢＳ装置、ヨーレート補正したり左右
の車輪側の路面と車輌との車高を調整するサスペンショ
ン装置等の各種速度情報を使用する計測装置及び制御装
置に使用できる。

【００６４】ところで、上記実施例では、３個の超音波
送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波
器ＴＲ３によって３方向の速度を検出しているが、本発
明を実施する場合には、１個の超音波送受波器のみを有
するものにも適用できるし、また、音速は車速に対して
無視できる程度に速くないため、送受波総合の利得を上
げようとして、超音波ビーム幅を狭くした場合には、送
波時のビームと受波時のビームにずれが生じるから、こ
のときには、低速走行時の速度の測定用に超音波送受波
器、また、高速走行時の速度の測定用に超音波受波器で
反射波を受波するようにしてもよく、そして、３個の超
音波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送
受波器ＴＲ３の各々が２個の超音波送受波器を使用し
て、そのうちの１個のみを超音波受波専用としてもよ
い。更に、特に、車輌の走行方向に平行する速度を検出
する超音波送受波器を、２個の超音波送受波器と超音波
送受波器または超音波送受波器と超音波受波器とし、車
速に応じて反射波を受波する位置を変えると、信頼性の
高い速度が得られる。

【００６５】そして、本発明の実施例では、超音波送受
波器からの信号をサンプリングホールド用の抵抗Ｒ及び
コンデンサＣに入力し、サンプリングホールドした信号
を電圧制御発振回路ＶＣＯで電圧／周波数変換し、反射
波に比例した周波数を得ているが、本発明を実施する場
合には、超音波送受波器からの信号を増幅し、その周期
を高速のクロックで直接カウントして周波数成分を得て
も良い。

【００６６】更に、本発明の実施例では、受波した反射
波の信号をダイオードＤ11及びコンデンサＣ11からなる
受信レベル検出回路１１に入力し、そこで包絡線検波し
た後、その振幅の大きさを検出するマイクロコンピュー
タ１が内蔵するＡ／Ｄコンバータからなる振幅検出手段
に入力し、ステップＳ５１からステップＳ５６のルーチ
ンからなるタイミング移動手段はその振幅検出手段で検
出した振幅の大きさの変化から、反射波を受波するタイ
ミングを決定するタイミング移動手段としているが、本
発明を実施する場合には、振幅の状態を監視し、その中
心の移動に追随させるように制御してもよい。

【００６７】なお、上記発明の実施例では、車速の測定
について説明したが、本発明の車載用超音波計測装置
は、速度成分を使用することにより、ナビゲーションシ
ステム、速度検出装置、横滑り防止装置、ＡＢＳ装置、
サスペンション装置等の各種速度情報を使用する計測装
置及び制御装置に使用できる。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、この発明の車載用超音波
計測装置は、間歇的な超音波信号を超音波送受波器から
超音波として路面に送波し、その受波した反射波の信号
を増幅及び包絡線検波した後、振幅検出手段によって所
定のタイミングでサンプリングして、そのタイミング毎
の振幅の大きさを検出し、前記振幅検出手段で検出した
振幅の大きさの変化から、反射波を受波するゲートのタ
イミングを決定し、その受波した信号を増幅し、その増
幅信号をサンプリングホールドし、サンプリングホール
ドした信号を電圧／周波数変換して反射波に比例した周
波数を得るものである。

【００６９】したがって、車輌の走行状態において、車
体の上下振動、ノーズアップ、ノーズダウンコーナリン
グによる車高変化により、反射波が到来するまでの時間
が変化しても、その反射波を取込むタイミングとなる受
信ゲートの開閉タイミングを反射波の振幅変化をみて、
その反射波の振幅変化の時間的変化により、受信ゲート
の開閉タイミングをシフトするものである。故に、超音
波送受信回路の受信ゲートスタート時間を変更すること
により、車輌の走行状態において、車体の上下振動、ノ
ーズアップ、ノーズダウンコーナリング等による車高変
化が、車輌の速度成分を検出したデータに誤差が介在す
る余地がなくなるから、車体の上下振動を伴っても、的
確に目的の反射波を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の基本原理説明図である。

【図２】図２は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の回路構成図である。

【図３】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の回路構成で使用したマイクロコンピュータの機能構成
図である。

【図４】図４は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行するメインプログラムの
一部のフローチャートである。

【図５】図５は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行するメインプログラムの
他の一部のフローチャートである。

【図６】図６は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行する割込みルーチンのフ
ローチャートである。

【図７】図７は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行するゲート位置演算制御
のフローチャートである。

【図８】図８は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の制御のタイミングチャートである。

【図９】図９は車載用超音波計測装置の１個の超音波送
受波器で送波及び受波する場合の動作原理図である。

【符号の説明】

ＴＲ１ 超音波送受波器 ＴＲ２ 超音波送受波器 ＴＲ３ 超音波送受波器 ＶＣＯ 電圧制御発振回路 Ｄ11 ダイオード Ｃ11 コンデンサ １ マイクロコンピュータ １１ 受信レベル検出回路 １２ 周波数検出用ＰＬＬ回路 ２０ＴＲ 超音波送受信回路 ３０ＴＲ 超音波送受信回路 ４０ＴＲ 超音波送受信回路 １００ 車輌

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間歇的に出力される超音波信号を超音波
   送受波器から路面に送波し、その反射波を受波して、そ
   の受波した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波
   数に比例した周波数を得る車載用超音波計測装置におい
   て、 前記受波した反射波の信号を増幅及び包絡線検波した
   後、その振幅の大きさを検出する振幅検出手段と、 前記振幅検出手段で検出した振幅の大きさの変化から、
   反射波を受波するタイミングを決定するタイミング移動
   手段とを具備することを特徴とする車載用超音波計測装
   置。